DE69912430T2 - hydroformylation - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von Hydroformylierungsreaktionen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Hydroformylierungsreaktionen, die durch heterogene Katalysatoren in nahezu kritischen oder superkritischen Fluiden katalysiert werden.The present invention relates to a method of performing of hydroformylation reactions. In particular, the present concerns Invention the hydroformylation reactions by heterogeneous Catalysts in almost critical or supercritical fluids be catalyzed.
Hintergrundbackground
Der Einsatz von Kohlenmonoxiden als Reagens für die organische Synthese ist verschiedenartig, wobei eine große Anzahl von Reaktionen durchgeführt wird. Ein Prozeß von großtechnischer Bedeutung ist die Hydroformylierung (auch also "Oxo"-Prozeß bekannt), der für die Großproduktion von aliphatischen Aldehyden und Alkoholen aus Olefinen (Alkenen) unter Einsatz von homogenen Katalysatoren auf Cobalt- oder Rhodiumbasis angewandt wird.The use of carbon monoxides as Reagent for The organic synthesis is diverse, with a large number of reactions carried out becomes. A process of large-scale The importance is the hydroformylation (also known as the "oxo" process), the for large-scale production of aliphatic aldehydes and alcohols from olefins (alkenes) using homogeneous catalysts based on cobalt or rhodium is applied.
Im allgemeinen umfaßt die Hydroformylierungsreaktion die Umsetzung eines Alkens oder Alkins mit einem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff über einem Katalysator unter hohem Druck, um eine Carbonylverbindung zu erzeugen. Gemische aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid werden häufig als Synthesegas oder Syngas bezeichnet.Generally, the hydroformylation reaction involves the reaction of an alkene or alkyne with a mixture of carbon monoxide and hydrogen over a catalyst under high pressure to a carbonyl compound to create. Mixtures of hydrogen and carbon monoxide are often called Designated syngas or syngas.
Es ist wohl bekannt, daß Reaktionen dieser An durch die Löslichkeit der Gase in dem flüssigen Reagens oder Lösungsmittel begrenzt sind (als Mass Transport Limitations = Massentransportbegrenzungen bekannt). Aus Umweltgründen wird allmählich zu der Verwendung von superkritischen Fluiden anstelle von herkömmlichen Lösungsmitteln übergegangen. Die Verwendung von superkritischen Fluiden als Reaktionsmedien ergibt außerdem höhere Löslichkeiten von Gasen in dem System und effektiv eine höhere Aktivität dieser Reagenzien durch Überwindung der Massentransportbegrenzungen.It is well known that reactions this to solubility the gases in the liquid Reagent or solvent are limited (as Mass Transport Limitations = mass transport limits known). For environmental reasons is gradually on the use of supercritical fluids instead of conventional ones Solvents passed. The use of supercritical fluids as the reaction media results Moreover higher solubilities of gases in the system and effectively a higher activity of these reagents by overcoming the mass transportation limits.
Bisher wird mit Chargensystemen gearbeitet, die homogene Katalysatoren in superkritischen Fluiden verwenden. Nachstehend werden Beispiele bekannter heterogener Hydroformylierungsreaktionen angegeben:
- 1) die Hydroformylierung von Olefinen, Chemtracts: Org. Chem. 1996, 9 (6), 318–321, und Chemtracts: Inorg. Chem. (1995), 7 (2), 129–123;
- 2) über die Hydroformylierung von Propylen in einem Chargensystem, bei dem die homogene Katalyse in superkritischen Fluiden angewandt wird, wird berichtet von Akgerman et al. (Fourth Italian Conference on Supercritical Fluids and their Applications, September 1997 Proceeding, Seiten 263–269);
- 3)
US 5 198 589
- 1) the hydroformylation of olefins, Chemtracts: Org. Chem. 1996, 9 (6), 318-321, and Chemtracts: Inorg. Chem. (1995), 7 (2), 129-123;
- 2) The hydroformylation of propylene in a batch system using homogeneous catalysis in supercritical fluids is reported by Akgerman et al. (Fourth Italian Conference on Supercritical Fluids and their Applications, September 1997 Proceeding, pages 263-269);
- 3)
US 5,198,589
Die Verwendung von homogenen Katalysatoren und Chargenprozessen führt jedoch zu Problemen der Katalysatorabtrennung, einer langen Verweilzeit und von Scale-up-Risiken. Bei den in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Verfahren ist es tatsächlich ein ziemlich signifikantes Problem, daß die Verwendung von homogenen Katalysatoren einen Abtrennungsschritt am Ende des Verfahrens erfordert, um die Katalysatoren rückzugewinnen, denn dies macht zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich und erhöht somit die Kosten. Ferner ist eine Abtrennung im Fall von Alkenen, deren Kettenlänge länger als C7 ist, besonders schwierig, da das Trennen der Katalysatoren von den Produkten durch Destillation hohe Temperaturen erfordert, die die Katalysatoren zerstören. Infolgedessen können diese Verfahren, die Alkene verwenden, deren Kettenlänge länger als C7 ist, nicht in Durchlaufreaktoren (Strömungsrohrreaktoren) durchgeführt werden.The use of homogeneous catalysts and batch processes however, problems of catalyst separation, a long residence time and scale-up risks. With those in these publications described method it is actually a fairly significant one Problem that the Using homogeneous catalysts a separation step required at the end of the process to recover the catalysts, because this makes additional Processing steps required and thus increases costs. Further is a separation in the case of alkenes whose chain length is longer than C7 is particularly difficult since separating the catalysts from the products require high temperatures by distillation, which destroy the catalysts. As a result, can these processes that use alkenes whose chain length is longer than C7 is not to be carried out in continuous reactors (flow tube reactors).
Die Verwendung von homogenen Katalysatoren bedeutet ferner, daß diese Verfahren gewöhnlich in Chargen- oder halbkontinuierlichen Reaktoren durchgeführt werden. Solche Bedingungen erfordern aufgrund des Konstruktionserfordernisses von Behältern, die unter hohem Druck betrieben werden können, umfangreiche Investitionsausgaben beim Scale-up. Die Verwendung von Chargensystemen hat ferner den Nachteil erhöhter Ausfallzeiten für das Beschicken und Entleeren des Reaktionsbehälters. Es besteht außerdem das Problem, daß das Produkt der Reaktion aufgrund der langen Verweilzeit der Reaktionsteilnehmer in dem Reaktor ein Gemisch aus thermodynamischen und kinetischen Produkten sein kann.The use of homogeneous catalysts also means that this Procedure usually be carried out in batch or semi-continuous reactors. Such conditions require due to the design requirement of containers, which can be operated under high pressure, extensive capital expenditure during scale-up. The use of batch systems also has the Disadvantage increased Downtime for loading and emptying the reaction container. There is also that Problem that that Product of the reaction due to the long residence time of the reactants in the reactor a mixture of thermodynamic and kinetic Products.
In der Vergangenheit ist mit der heterogenen Katalyse für Hydroformylierungen unter herkömmlichen (d. h. nahezu kritischen oder superkritischen) Bedingungen gearbeitet worden. Diese Reaktionen waren jedoch nie erfolgreich, gewöhnlich wegen geringer Umwandlung in die Produkte und Katalysatordeaktivierung. Über heterogene katalysierte Hydroformylierungsreaktionen, die in superkritischen Medien durchgeführt wurden, ist bisher nicht berichtet worden. Aufgrund dessen können zur Zeit großtechnisch keine Hydroformylierungsreaktionen unter Verwendung eines heterogenen Katalysators durchgeführt werden.In the past with heterogeneous catalysis for Hydroformylations under conventional (i.e. H. almost critical or supercritical) conditions worked Service. However, these reactions have never been successful, usually because of low conversion to products and catalyst deactivation. About heterogeneous catalyzed hydroformylation reactions in supercritical Media performed has not been reported so far. Because of this, Time on an industrial scale no hydroformylation reactions using a heterogeneous Catalyst carried out become.
Es besteht also ein Bedarf für ein Hydroformylierungsverfahren, bei dem der Katalysator ohne weiteres durch einfache Filtration von dem Produkt abgetrennt werden kann. Im Idealfall sollte das Verfahren ermöglichen, daß die Abtrennung selbst bei Hydroformylierungen von Alkenen, Alkenen oder Trialkylboranen erzielt wird, deren Kettenlänge länger als C7 ist.So there is a need for a hydroformylation process in which the catalyst is easily obtained by simple filtration can be separated from the product. Ideally, that should be Allow procedures that the Separation even in hydroformylations of alkenes, alkenes or Trialkylboranes is achieved, the chain length is longer than C7.
Es besteht ferner ein Bedarf für ein Hydroformylierungsverfahren, bei dem ein Durchlaufreaktor (Strömungsrohrreaktor) verwendet werden kann. Im Idealfall sollte das Verfahren den Bediener in die Lage versetzen, die Verweilzeit sowie die anderen Reaktionsparameter unabhängig zu steuern, um eine bessere Steuerung der Reaktion zu ermöglichen. Es besteht außerdem ein Bedarf für ein Verfahren, das effizienter und/oder selektiver als herkömmliche Verfahren ist.There is also a need for a hydroformylation process in which a continuous reactor (flow tube reactor) is used can be. Ideally, the procedure should move the operator into the Relocate, the dwell time and the other reaction parameters independently control to allow better control of the response. It also exists a need for a process that is more efficient and / or more selective than conventional ones Procedure is.
Überraschenderweise haben wir gefunden, daß die Hydroformylierung von Alkenen, Alkinen und Trialkylboranen unter Verwendung eines heterogenen Katalysators in superkritischen Medien ausgeführt werden kann. Durch Verwendung einer Kombination aus einem superkritischen Medium, das eine oder mehrere Komponenten aufweist, und einem heterogenen Katalysator (beispielsweise dem Deloxan HK1 2% Rhodiumkomplex-Katalysator von Degussa) ist es also möglich, Hydroformylierungsreaktionen mit hoher Umsetzung durchzuführen. Es ist ferner möglich, die Reaktion mit guter Selektivität für die n- oder Iso-Produkte durchzuführen, wobei die Möglichkeit besteht, sowohl die Normal- als auch die Iso-Produkte zu bilden. Die vorliegende Erfindung löst also die Probleme des Stands der Technik, indem die Hydroformylierungsreaktion unter Bedingungen nahe oder über dem superkritischen Punkt des Reaktionsmediums in Anwesenheit eines heterogenen Katalysators in einem Durchlaufreaktor durchgeführt wird.Surprisingly we found that the Hydroformylation of alkenes, alkynes and trialkylboranes under Use of a heterogeneous catalyst in supercritical media accomplished can be. By using a combination of a supercritical Medium that has one or more components and a heterogeneous Catalyst (e.g. the Deloxan HK1 2% rhodium complex catalyst from Degussa) it is possible To carry out hydroformylation reactions with high conversion. It is also possible the reaction with good selectivity for the n or iso products perform, whereby the possibility exists to form both the normal and the iso products. The present invention solves So the problems of the prior art by the hydroformylation reaction under conditions near or above the supercritical point of the reaction medium in the presence of a heterogeneous catalyst is carried out in a continuous reactor.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Hydroformylierung eines Substrats bereitgestellt, wobei das Substrat aus Alkenen, Alkinen und Trialkylboranen ausgewählt ist und mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Anwesenheit eines heterogenen Katalysators umgesetzt wird, wobei das Substrat ein Fluid in seinem superkritischen oder nahezu kritischen Zustand ist und/oder die Umsetzung in Anwesenheit eines Lösungsmittels für das Substrat abläuft, wobei das Lösungsmittel in seinem superkritischen oder nahezu kritischen Zustand ist, und wobei das Verfahren in einem Durchlaufreaktor durchgeführt wird. Die Ausbeute und/oder Selektivität der Umsetzung kann beeinflußt werden durch Steuerung von einer oder mehreren der Reaktionsbedingungen: Temperatur, Druck, Verweilzeit, Durchflußrate und Katalysator.According to the present invention a method for hydroformylating a substrate is provided, the substrate being selected from alkenes, alkynes and trialkylboranes and with hydrogen and carbon monoxide in the presence of a heterogeneous one Catalyst is implemented, wherein the substrate has a fluid in its supercritical or almost critical condition and / or the Implementation in the presence of a solvent for the Substrate runs out, being the solvent is in its supercritical or nearly critical state, and the process being carried out in a continuous reactor. The yield and / or selectivity implementation may be affected by controlling one or more of the reaction conditions: Temperature, pressure, residence time, flow rate and catalyst.
Bei einer Ausführungsform weist der Katalysator folgendes auf einen Träger, der ausgewählt ist aus: einem Organosiloxan-Polykondensat, einem Organosiloxan-Copolykondensat oder polymeren sekundären und/oder tertiären Organosiloxanamin-Kombinationen; und ein Metall oder einen Metallkomplex, in dem das Metall ausgewählt ist aus: Platin, Nickel, Palladium, Cobalt, Rhodium, Iridium, Eisen, Ruthenium und wobei Osmium; und der Katalysator weist fakultativ einen Beschleuniger auf. Rhodium ist ein besonders bevorzugtes Metall.In one embodiment, the catalyst following on a carrier, the selected is made of: an organosiloxane polycondensate, an organosiloxane copolycondensate or polymeric secondary and / or tertiary Organosiloxanamine combinations; and a metal or a metal complex in which the metal is selected from: platinum, nickel, palladium, cobalt, rhodium, iridium, iron, Ruthenium and being osmium; and the catalyst has optional an accelerator. Rhodium is a particularly preferred metal.
Geeignete Katalysatoren weisen also Deloxan HK1 auf, das ein von Degussa erhältlicher 2% Rh-Katalysator auf einem Polyaminosiloxanträger ist.Suitable catalysts therefore have Deloxan HK1, which is a 2% Rh catalyst available from Degussa on a polyaminosiloxane support is.
Die Hydroformylierungsreaktion der vorliegenden Erfindung genügt den vorstehenden Anforderungen, indem ein Verfahren bereitgestellt wird, bei dem die Produkte nach der Umsetzung problemlos von dem Katalysator abgetrennt werden können. Dies gilt für Reaktionen an Alkenen, Alkinen oder Trialkylboranen, deren Kettenlänge länger als C7 ist. Alkene, Alkine oder Trialkylborane, deren Kettenlänge länger als C7 ist, können also hydroformyliert werden, und die Produkte können auf einfache Weise von dem Katalysator abgetrennt werden, ohne daß eine Destillation oder weitere Aufarbeitung erforderlich ist.The hydroformylation reaction of the present invention is sufficient the above requirements by providing a procedure in which the products can be easily removed from the Catalyst can be separated. This applies to Reactions on alkenes, alkynes or trialkylboranes, the chain length of which is longer than Is C7. Alkenes, alkynes or trialkylboranes, the chain length of which is longer than C7 is, can be hydroformylated, and the products can be easily obtained from be separated from the catalyst without distillation or further Refurbishment is required.
Das Verfahren resultiert ferner in Ausbeuten und Selektivitäten, die besser sind als bei herkömmlichen Verfahren. Dabei ist das Merkmal der Selektivität ein wichtiges Merkmal der Erfindung, da das Iso-Produkt häufig ein Nebenprodukt von Hydroformylierungsreaktionen ist, die unter herkömmlichen Bedingungen durchgeführt werden, und zwar in Fällen, in denen die Erzeugung sowohl von Normal- als auch von Iso-Verbindungen möglich ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann also das Auftreten des Iso-Produkts wesentlich verringern, wenn dies erwünscht ist. In manchen Fällen kann das Iso-Produkt das erwünschte Produkt sein; in diesem Fall können die Reaktionssbedingungen für das Iso-Produkt optimiert werden.The method also results in Yields and selectivities, that are better than conventional methods. The characteristic of selectivity is an important characteristic of Invention since the iso product is common is a by-product of hydroformylation reactions, which can be found under usual Conditions carried out in cases where in which the generation of both normal and iso compounds is possible. The method of the present invention can thus occur significantly reduce the iso product if desired. In some cases can the iso product the desired Be a product; in this case the reaction conditions for the ISO product can be optimized.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht ferner die Durchführung der Reaktion in einem Strömungsrohrreaktor. Die Verwendung eines Strömungsrohrreaktor hat den Vorteil, daß man jederzeit einen geringen Bestand von Reagenzien unter hohem Druck hat, so daß also die Gesamtsicherheit des Verfahrens erhöht ist.The method of the present invention allows also the implementation the reaction in a flow tube reactor. The use of a flow tube reactor has the advantage that one Always a small inventory of reagents under high pressure has, so that the overall security of the process is increased.
Ferner haben wir auch gefunden, daß der Reaktor unter solchen Bedingungen sehr effizient gemacht werden kann, indem nur die Hälfte der Menge an Synthesegas verwendet wird, die von Akgerman et al. in dem erläuterten Verfahren benötigt wird. Überraschenderweise ergibt eine Änderung des Drucks in dem Reaktor eine Selektivität hinsichtlich des Verhältnisses von n- zu Iso-Produkten (dies ist aus Tabelle 1 ersichtlich, die nachstehend in Verbindung mit Beispiel 1 angegeben ist). Durch Änderung des Drucks des superkritischen Mediums ist es also möglich, Verhältnisse von größer als 3 : 1 der n- : Iso-Produkte zu erhalten.We also found that the reactor under such conditions can be made very efficient by only half the amount of synthesis gas used by Akgerman et al. in the explained Procedure needed becomes. Surprisingly results in a change the pressure in the reactor a selectivity in relation to the ratio from n to iso products (this is shown in Table 1 below) is given in connection with Example 1). By change of the pressure of the supercritical medium it is therefore possible to use ratios of greater than Get 3: 1 of the n-: Iso products.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung befindet sich zumindest eine der Komponenten, die nicht der Wasserstoff oder das Kohlenmonoxid ist, unter superkritischen oder nahezu kritischen Bedingungen. Eines oder mehrere von Temperatur, Druck, Durchflußraten und Wasserstoff- und Kohlenmonoxidkonzentration kann für einen gegebenen Katalysator unabhängig gesteuert werden, um die Selektivität der Reaktion zu beeinflussen. Der Katalysator kann auch verändert werden (entweder in bezug auf ein gegebenes Set von Bedingungen oder unter verschiedenen Bedingungen von Temperatur, Druck, Durchflußrate usw.), um die Selektivität des Produkts zu beeinflussen.In the process of the present invention, at least one of the components other than hydrogen or carbon monoxide is under supercritical or near critical conditions. One or more of temperature, pressure, flow rates, and hydrogen and carbon monoxide concentrations can be controlled independently for a given catalyst to affect the selectivity of the reaction. The catalyst can also be altered (either with a given set of conditions or under different conditions of temperature, pressure, flow rate, etc.) to affect the selectivity of the product.
Das Alken-, Alkin- oder Trialkylboransubstrat wird in einem kontinuierlichen Verfahren hydroformyliert, das bevorzugt die folgenden Schritte aufweist:
- (a) Beimischen einer inerten Fluidmenge zu einer Menge des Substrats und einer Menge an Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei vorbestimmten Durchflußraten;
- (b) Einstellen der Temperatur und des Drucks des resultierenden Gemischs auf vorbestimmte Temperatur- und Druckwerte nahe oder über dem kritischen Punkt des Fluids, um ein Reaktionsgemisch zu erzeugen, aus dem das gewünschte Carbonylprodukt als das Haupt-Carbonylprodukt gebildet wird, wobei die Wahl der vorbestimmten Temperatur- und Druckwerte davon abhängt, welches der möglichen Hydroformylierungsprodukte gebildet werden soll;
- (c) das Reaktionsgemisch wird einem heterogenen Katalysator ausgesetzt, um die Reaktion zu erleichtern; und
- (d) das Reaktionsgemisch wird nach der Reaktion aus dem Bereich des Katalysators entfernt und das gewünschte Produkt wird durch Druckabbau des Reaktionsgemisch isoliert.
- (a) admixing an inert amount of fluid with an amount of the substrate and an amount of hydrogen and carbon monoxide at predetermined flow rates;
- (b) adjusting the temperature and pressure of the resulting mixture to predetermined temperature and pressure values near or above the critical point of the fluid to produce a reaction mixture from which the desired carbonyl product is formed as the main carbonyl product, the choice of predetermined temperature and pressure values depend on which of the possible hydroformylation products is to be formed;
- (c) the reaction mixture is exposed to a heterogeneous catalyst to facilitate the reaction; and
- (d) the reaction mixture is removed from the region of the catalyst after the reaction and the desired product is isolated by reducing the pressure of the reaction mixture.
Das heterogene Durchlaufsystem der vorliegenden Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich mit Systemen vom Chargentyp oder mit einem homogenen Durchlaufsystem. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung die Bildung eines gewünschten Endprodukts mit einer guten Ausbeute und/oder auf selektive Weise, indem eines oder mehrere von folgenden gesteuert wird: die Temperatur, der Druck der Reaktion durch Veränderung des für ein gegebenes Set von Reagenzien verwendeten Katalysators, die Durchflußrate durch die Vorrichtung und die Molverhältnisse des Wasserstoffs und des Kohlenmonoxids zu dem Substrat.The heterogeneous flow system of the present invention offers a number of advantages in comparison with batch type systems or with a homogeneous continuous system. In particular, the present invention the formation of a desired end product with a good yield and / or selectively by adding one or more is controlled by the following: the temperature, the pressure of the reaction through change of for a given set of reagents used catalyst that flow through the device and the molar ratios of hydrogen and carbon monoxide to the substrate.
Die Faktoren, die die Selektivität der Hydroformylierung bestimmen, hängen von der jeweiligen Reaktion ab, und in manchen Fällen ist die Temperatur oder der Druck der steuernde Faktor, wogegen in anderen Fällen der Katalysator oder die Durchflußrate bei der Bestimmung des Reaktionsergebnisses wichtiger sein kann. Nach der vorliegenden Erfindung werden also geeignete Bedingungen für ein gegebenes Substrat und ein gewünschtes Produkt bestimmt.The factors affecting the selectivity of hydroformylation determine hang depending on the reaction, and in some cases the temperature is or pressure is the controlling factor, whereas in other cases the Catalyst or the flow rate may be more important in determining the reaction result. According to the present invention, there are suitable conditions for a given substrate and a desired one Product determined.
Die vorliegende Erfindung bietet ferner den Vorteil, daß gefährliche Reagenzien verwendet werden können, ohne daß zu irgendeiner Zeit ein hoher Bestand des Reagens erforderlich ist, da die organische Verbindung und der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid dem Reaktor kontinuierlich zugeführt werden.The present invention provides also the advantage that dangerous Reagents can be used without that a high level of reagent is required at any time as the organic compound and the hydrogen and carbon monoxide fed continuously to the reactor become.
Gleichermaßen werden das Reaktionsprodukt oder die Reaktionsprodukte kontinuierlich aus dem Reaktor gesammelt und sammeln sich deshalb nicht in großen Mengen in dem Reaktor an. Dies hat den weiteren Vorteil, daß eine geringere Gefahr des Abbaus der Produkte besteht. Damit einher geht eine Zunahme der Sicherheit des Verfahrens im Vergleich mit einem Chargenverfahren, wenn gefährliche Reagenzien verwendet oder gefährliche Produkte gebildet werden, da diese Materialien gewöhnlich nicht in Mengen anwesend sind, die ausreichen, um eine signifikante Gefahr darzustellen. Da das Durchlaufverfahren der vorliegenden Erfindung ferner die Durchführung von saubereren Reaktionen als bei einem entsprechenden Verfahren vom Chargentyp ermöglicht, werden die Kosten für die Reinigung der Produkte gesenkt.Likewise, the reaction product or the reaction products are continuously collected from the reactor and therefore do not accumulate in large quantities in the reactor. This has the further advantage that a lower risk of There is degradation of the products. This is accompanied by an increase in Safety of the process in comparison with a batch process, if dangerous Reagents used or dangerous Products are made because these materials are usually not are present in amounts sufficient to pose a significant risk display. Because the continuous process of the present invention also the implementation of cleaner reactions than with a corresponding procedure batch type enables will the cost of reduced cleaning of the products.
Die vorliegende Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß höhere Ausbeuten und höhere Durchsätze als in manchen Fällen bei herkömmlichen Verfahren erhalten werden. Die tatsächlichen Durchsätze hängen zwar unvermeidlich von der jeweiligen Reaktion, die angewandt wird, und von der Größe der Vorrichtung ab, es sind jedoch Durchsätze von 25 ml/min oder mehr bei Verwendung von Vorrichtungen im Labormaßstab erhältlich. Außerdem können bei Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung leicht Selektivitäten von mehr als 3 bis 1 zugunsten des normalen Carbonylprodukts erhalten werden.The present invention has the further advantage that higher yields and higher throughputs than in some cases with conventional Procedure can be obtained. The actual throughputs inevitably depend the particular reaction being used and the size of the device ab, but there are throughputs of 25 ml / min or more available when using laboratory scale devices. In addition, at Applying the method of the present invention easily selectivities of received more than 3 to 1 in favor of the normal carbonyl product become.
Die Hydroformylierungsreaktion der vorliegenden Erfindung wird nahe oder über dem superkritischen Punkt des gewünschten Mediums durchgeführt. Jedes Fluid, das einen superkritischen Punkt hat, kann für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, es ist mit den Reaktionsteilnehmern kompatibel. Außerdem können Alken, Alkin oder Trialkylboran (wenn es sich nicht um einen Feststoff handelt) sowohl das Substrat als auch das superkritische Medium sein. In der Praxis hängt die Wahl des Fluids jedoch von der Löslichkeit des Substrats in dem Fluid ab, da es eine Funktion des superkritischen oder nahezu kritischen Fluids ist, als ein Lösungsmittel für das Substrat und den Wasserstoff und das Kohlenmonoxid wirksam zu sein. Es ist ferner wichtig, daß das Reaktionsmedium in bezug auf die Reaktionsteilnehmer und die Produkte der Reaktion inert ist, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Besonders bevorzugte Medien weisen auf: Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Alkane wie etwa Ethan, Propan und Butan und gesättigte Halogenkohlenwasserstoffe wie etwa Trichlorfluormethan, Dichlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Chlortrifluormethan, Bromtrifluormethan, Trifluormethan und Hexafluorethan. Das Reaktionsmedium kann ein Gemisch aus zwei oder mehr Fluiden sein, die kritische Punkte haben, die keine technisch inakzeptablen Temperatur- und Druckbedingungen benötigen, um die erforderlichen Bedingungen für die Reaktion gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Beispielsweise können Gemische aus Kohlendioxid mit einem Alkan wie etwa Ethan oder Propan oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und Schwefeldioxid nahe oder über ihren theoretischen kritischen Punkten verwendet werden.The hydroformylation reaction of the present invention is carried out near or above the supercritical point of the desired medium. Any fluid that has a supercritical point can be used in the method of the present invention provided it is compatible with the reactants. In addition, alkene, alkyne or trialkylborane (if not a solid) can be both the substrate and the supercritical medium. In practice, however, the choice of fluid depends on the solubility of the substrate in the fluid, since it is a function of the supercritical or near critical fluid to be effective as a solvent for the substrate and the hydrogen and carbon monoxide. It is also important that the reaction medium be inert with respect to the reactants and the products of the reaction in order to avoid undesirable side reactions. Particularly preferred media include: carbon dioxide, sulfur dioxide, alkanes such as ethane, propane and butane and saturated halogenated hydrocarbons such as trichlorofluoromethane, dichlorofluoromethane, dichlorodifluoromethane, chlorotrifluoromethane, bromotrifluoromethane, trifluoromethane and hexafluoroethane. The reaction medium can be a mixture of be two or more fluids that have critical points that do not require technically unacceptable temperature and pressure conditions to achieve the conditions required for the reaction of the present invention. For example, mixtures of carbon dioxide with an alkane such as ethane or propane or a mixture of carbon dioxide and sulfur dioxide near or above their theoretical critical points can be used.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bilden Temperatur- und Druckbedingungen unter, jedoch nahe dem kritischen Punkt die Untergrenze der Bedingungen, die zur Unterstützung der Hydroformylierungsreaktion geeignet sind. Wenn ein Fluid seinen kritischen Punkt erreicht, ist seine Dichte relativ zu seiner Dichte bei seinem Siedepunkt unter Normaldruck erheblich verringert. Geringe Druckänderungen nahe dem kritischen Punkt verursachen zusätzliche Veränderungen der Dichte. Das Verfahren ist in dem Fluid bei Temperaturen und Drücken unter dem kritischen Punkt durchführbar, wobei jedoch die Dichte des Fluids ausreicht, um sicherzustellen, daß das Substrat und der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid im wesentlichen in einer einzigen Phase sind. Die Obergrenze von Temperatur und Druck ist durch Begrenzungen der Vorrichtungen bestimmt.In connection with the present Invention, however, form temperature and pressure conditions near the critical point, the lower limit of the conditions for support the hydroformylation reaction are suitable. If a fluid its reached critical point, its density is relative to its density significantly reduced at its boiling point under normal pressure. low pressure changes near the critical point cause additional changes in density. The procedure is in the fluid at temperatures and pressures below the critical point feasible however, the density of the fluid is sufficient to ensure that this Substrate and the hydrogen and carbon monoxide essentially are in a single phase. The upper limit of temperature and Pressure is determined by device limitations.
Es ist zwar schwieriger, unter den Reaktionsbedingungen, die bei der vorliegenden Erfindung angewandt werden, aliphatische Verbindungen zu hydroformylieren als aromatische Verbindungen, nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Hydroformylierung sowohl von aliphatischen als auch von aromatischen Verbindungen möglich.While it is more difficult among those Reaction conditions used in the present invention are to hydroformylate aliphatic compounds as aromatic Compounds, however, according to the present invention is hydroformylation both aliphatic and aromatic compounds possible.
Die Produktbildung kann in situ mit Hilfe der IR-Spektrometrie unter Verwendung einer geeignet positionierten IR-Hochdruckzelle oder mit Hilfe der Gaschromatographie (GC) überwacht werden, die an Proben vorgenommen werden, die aus dem Reaktor entnommen werden.Product formation can be done in situ with Using IR spectrometry using an appropriately positioned IR high pressure cell or monitored using gas chromatography (GC) be made on samples taken from the reactor become.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Diese zeigen in:The present invention is as follows described only by way of example with reference to the figures. This show in:
Das Substrat
Die Temperatur und/oder der Druck
des Gemischs aus dem Substrat
Nach eine angemessenen Verweilzeit
in dem Reaktor
Die Parameter einer typischen Umsetzung könnten umfassen: einen Systemdruck von 60 bis 140 bar (dies hängt natürlich teilweise von den Reaaktionsmedien ab), eine Durchflußrate des Substrats von 0,5 bis 20,0 ml/min, eine Reaktortemperatur von 40 bis 360°C (dies hängt wiederum teilweise von den Reaktionsmedien ab) und eine Durchflußrate des superkritischen oder nahezu kritischen Fluids von 0,65 bis 1,65 l/min; diese Parameter implizieren jedoch keine Beschränkungen auf Werte innerhalb der jeweiligen Bereiche.The parameters of a typical implementation could include: a system pressure of 60 to 140 bar (of course this depends in part from the reaction media), a flow rate of the substrate of 0.5 up to 20.0 ml / min, a reactor temperature of 40 to 360 ° C (this again depends partially from the reaction media) and a flow rate of supercritical or near critical fluids from 0.65 to 1.65 l / min; however, these parameters do not imply any restrictions to values within the respective ranges.
Beispiel 1: 5 ml/min Oct-1-en wird in einen erwärmten Mischer gefördert, der eine Rühreinrichtung aufweisen kann, wo es mit Synthesegas (Syngas) vermischt wird. Das superkritische Reaktionsmedium ist Kohlendioxid, und der Systemdruck wird über eine Druckreguliereinrichtung an dem Kohlendioxideinlaß eingestellt. Der Reaktor wird auf die angemessene Temperatur (siehe Tabelle 1) eingestellt, und das Gemisch wird durch den Reaktor geleitet, der den heterogenen Katalysator (Deloxan HK1 von Degussa) enthält. Nach der Umsetzung wird der Druck über ein Zweistufen-Expansionsventil gesenkt, durch das hindurch das gasförmige Kohlendioxid abgelassen wird, und die Produkte werden gesammelt. Die Produkte, die bei dieser Reaktion unter verschiedenen Bedingungen erhalten werden, sind in Tabelle 1 gezeigt, wobei die Analyse der Produkte durch GC unter Verwendung von normierten Bereichen durchgeführt wurde.Example 1: 5 ml / min oct-1-en is conveyed into a heated mixer, which may have a stirrer where it is mixed with synthesis gas (syngas). The supercritical reaction medium is Koh dioxide, and the system pressure is adjusted via a pressure regulator at the carbon dioxide inlet. The reactor is adjusted to the appropriate temperature (see Table 1) and the mixture is passed through the reactor containing the heterogeneous catalyst (Deloxan HK1 from Degussa). After the reaction, the pressure is lowered through a two-stage expansion valve through which the gaseous carbon dioxide is released, and the products are collected. The products obtained in this reaction under various conditions are shown in Table 1, the analysis of the products being carried out by GC using normalized ranges.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß bei einem gegebenen Reaktionsmedium eine Änderung der Temperatur und des Verhältnisses von Substrat zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Synthesegas) die Steuerung des Verhältnisses von normalem zu Isocarbonylprodukt ermöglicht.From Table 1 it can be seen that at one given reaction medium a change the temperature and the ratio from substrate to hydrogen and carbon monoxide (synthesis gas) Control the relationship enabled from normal to isocarbonyl product.
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